浅谈无碱湿喷混凝土在隧道施工中的可行性

摘要：本文通过对无碱液体速凝剂的介绍，以及其与混凝土的作用机理，论述了在湿喷混凝土中采用无碱速凝剂对于改善施工环境、改进喷射混凝土质量品质起到的关键作用。

关键词：隧道、喷射混凝土、无碱速凝剂、湿喷

中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号：

前言：混凝土结构作为当代土木工程中应用最多的结构类型，随着混凝土应用技术的发展，混凝土的质量品质将成为现代研究的主题。我国从八十年代在重点工程建设中引进国外设备开始应用湿喷技术，近年来喷射混凝土的应用领域不断扩大，湿喷混凝土将成为隧道施工中的主流趋势。

1、隧道支护技术发展趋势

目前我国隧道施工中，隧道复合衬砌结构仍然是当今隧道支护措施的主流，复合衬砌分为初期支护和二次衬砌，二次衬砌一般是混凝土或者钢筋混凝土结构，在二次衬砌施工之前，隧道掌子面刚开挖后进行的支护措施称之为初期支护。在初期支护中采用喷射混凝土可以达到补平围岩，阻止围岩松动，覆盖围岩表面，支撑围岩和分担外力的作用。

2、喷射混凝土的发展

隧道喷射混凝土根据工艺流程不同大体上分为干喷和湿喷两种，这两种喷射方法也是当今隧道施工中采用最多的两种。

干喷混凝土：按一定比例，将水泥、沙、石、速凝剂拌和，利用压缩空气通过软管输送到喷射机喷嘴处，与通过呈雾状的加水环混合喷射的混凝土施工方法。干混合料可现拌，亦可用已拌和好的。混合料最远水平输送距离150～200米。此法工艺简单、易操作、输送距离长。但干料与水混合不均匀，水灰比不易控制，回弹率高、粉尘大、质量不稳定，硬化后强度低，严重影响施工质量。

湿喷混凝土：按一定比例将水泥、沙、石、细骨料、水及外加剂配合搅拌成混凝土，用泵或压缩空气输送到喷嘴处与液体速凝剂混合，再加压喷射的施工方法。湿喷在大规模喷射时具有很大优势：粉尘少、回弹低、物料拌和均匀、质量易管理、性能稳定、混凝土强度高，但喷射工艺较复杂，混凝土输送距离短。

一般来讲，干喷混凝土采用粉状速凝剂，湿喷混凝土采用液体速凝剂，可以看出速凝剂的性能直接影响到混凝土的质量，当今关于喷射混凝土的研究中，速凝剂一直占据着重要的位置。

当前喷射混凝土施工中绝大部分都是采用的传统碱性速凝剂，但是通过长期的施工可以发现，存在以下问题：

（1）碱性速凝剂含有钠、钾等碱性离子，其工作原理是依靠水泥的快速固化而完成粘附，含碱量过大不仅对施工人员的健康影响较大，同时含碱量大也使喷射混凝土后期强度损失较大。[]

（2）传统的速凝剂混凝土早起强度发展较慢，密实度低，28天强度损失30%-50%，抗渗能力较差，容易产生碱集料反应，回弹量高，材料浪费较大。

从当前混凝土发展趋势来看，湿喷混凝土代替干喷混凝土，液体速凝剂取代粉状速凝剂已经是发展趋势。结合传统碱性速凝剂存在的问题，寻找低碱或者是无碱速凝剂是我们湿喷混凝土今后研究的主要方向。可以从以下几方面去努力：

（1）尽量降低甚至取消液体速凝剂中碱含量，减少混凝土中碱集料反应，同时也消除了碱性速凝剂对施工人员的健康危害。

（2）在速凝剂中引入有机高分子材料，对速凝剂进行改性，以提高喷射混凝土的黏稠度，降低喷射混凝土中产生的粉尘量和回弹量。

3、无碱速凝剂的应用相对传统速凝剂存在以下优势：

（1）无碱速凝剂不含碱性阳离子，可以避免碱集料反应，很大程度上改进了混凝土的耐久性。

（2）无碱速凝剂和水泥反应初期有一个混凝土工作度“顿失”的柔性期，依靠混凝土塌落度的“顿失”而使混凝土粘附，继之而来的混凝土撞击前面的混凝土，可使喷射混凝土密实度提高。

（3）回弹量降低，隧道施工中拱顶回弹量低于15%。

目前在我国铁路隧道初期支护施工中，大多数仍旧采用的是干喷施工，干喷混凝土不但存在较大的安全隐患，而且及其恶劣的施工环境严重背离了现今提出的文明施工。为什么湿喷混凝土的施工工艺在国内已经日趋成熟的今天，却不能大面积采用呢？这一点很是值得我们思考。

传统的碱性速凝剂用于湿喷混凝土施工中，对包括砂率，石粉含量，水灰比等要求控制极高，而现场的施工条件很难满足，所以这也就是为什么湿喷技术日趋成熟，但是应用力度却不大的主要原因之一。但是现在引入无碱速凝剂取代传统碱性速凝剂以后，能够彻底解决由于砂石水泥等条件差异带来混凝土质量不高的根本问题。特别是对于铁路隧道施工，施工条件差，更应该大面积的推广使用。

4、无碱湿喷在隧道施工中的施工工艺

4.1喷射前准备

喷射前应对受喷岩面进行处理，一般围岩页面可以采用高压水冲洗受喷岩面的浮尘、岩屑，当岩面遇水溶解，泥化时，采用高压风吹净岩面。为提高功效和保证喷射质量喷射作业可以采取分片进行。每片尺寸按1.5m长*1.5m宽控制。

4.2喷射作业

喷射顺序应分段、分层自下而上，按照先边墙后拱脚，最后喷射拱顶的顺序进行喷射。喷射时喷头尽量与岩面垂直，当遇到格栅或者钢筋网片时，可将喷头稍加倾斜，但是不宜小于70°。并且喷射时应先喷实钢拱架背部，再喷实钢筋网背后，最后再喷实钢价之间，这样就避免了湿喷在钢架与钢筋网表面形成一个混凝土壳，而产生的空洞。

在喷射过程中要注意先找平受喷面的凹处，喷头的运动方式可以采用“S“型或者螺旋式，这种喷射方式能够保证喷出的混凝土面平顺光滑。为了保证喷射厚度，采用埋设钢筋头作为喷射标志。

4.3喷射注意事项

（1）对于湿喷混凝土中最容易出现的问题就是喷射厚度不足、厚薄不均。特别是在不设钢拱架的地段，一定要严格按照预埋的钢筋头控制喷射厚度；而喷射厚度不均，受喷面凹凸不平，在铺设防水板浇筑衬砌混凝土时，容易将防水板挤破，形成初期支护与二次衬砌的空区，造成安全隐患。

（2）喷射完成后应检查喷射混凝土与岩面的粘结情况，在实际施工中一般采用锤击检查，当有空鼓或者脱壳时，应及时凿除冲洗干净并进行重喷，因为这点跟喷射手的熟练程度有关，喷射初期可以加大检查频率，往后可以逐步减小，使喷射混凝土质量受控。

（3）喷射过程中应经常检查喷射机出料弯头，输料管和管路接头，如果发现送料不连续，或者堵塞，应及时停止速凝剂的加入，再关闭主机，采取相应的疏通管道措施进行疏通，防止速凝剂在管道内凝结造成堵管而是管道报废。

5、无碱湿喷混凝土在隧道施工中的技术革新

（1）质量保证：采用无碱速凝剂较传统速凝剂相比，避免了喷射混凝土裂缝的产生，从而使喷射混凝土的耐久性得到了保证。

（2）安全保证：由于无碱速凝剂的应用，喷射混凝土早起强度较高，经室内试验可以知道，1天强度可达20mpa 以上，这在铁路隧道施工中，特别是IV、V级围岩时，极大程度保证了围岩的安全稳定性，从而也加快了掘进速度。

（3）环保保证：无碱速凝剂的回弹量低，粉尘小，对施工人员减抗危害小。

6、无碱速凝剂在隧道施工中预想

由于无碱速凝剂喷射混凝土的强度可以达到C40甚至C50的强度，并且混凝土的抗渗性，密实度，抗冻性，均能达到模板混凝土的要求，在国内已经应用的实例中有些甚至已经超过了模板混凝土的强度。因此可以预想，在以后的隧道施工中，可以直接使用钢纤维混凝土代替模板混凝土，或者减小模板混凝土的厚度，这样不仅大幅度提高了工程速度，也大大增加了工程效益。虽然目前看来湿喷工艺较干喷，成本要高出很多，但是由于无碱速凝剂的引入，我们可以设想从整体的经济效益来看，无碱湿喷必然能够全面取代干喷。这在我国目前铁路隧道施工中也是势在必行的一种发展趋势。

结束语

随着湿喷设备的不断改进，喷射工艺不断革新，无碱湿喷施工工艺日趋成熟，其带来的工程效益将会日渐凸显。不仅仅是在铁路隧道中，包括水利水电以及地下工程防护中，无碱湿喷都将会有广泛的应用前景。

参考文献

[1]才.隧道工程.北京：人民交通出版社.2006

[2]冯乃谦.高性能混凝土结构.北京：机械工业出版社.2004

[3]罗朝廷.我国喷射混凝土技术的发展.世界隧道.2000

[4]贾国龙.无碱湿喷

[5]张正安.无碱液体速凝剂的性能研究及其机理探讨

吴刚，男，中南大学土木工程学士学位，助理工程师，从事项目技术管理工作.